裝配式組合梁的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

徐敬達 張云龍 王 靜

（1長春宇都建設(shè)投資有限公司， 吉林 長春 130051；2吉林建筑大學(xué)， 吉林 長春 130118）

0 引言

國務(wù)院總理李克強2016年9月14日主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，會議“決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級。按照推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的要求，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、混凝土等裝配式建筑，具有發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)業(yè)、提高建筑安全水平、推動化解過剩產(chǎn)能等一舉多得之效。用適用、經(jīng)濟、安全、綠色、美觀的裝配式建筑服務(wù)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、提升群眾生活品質(zhì)。”

2016年9月，國辦發(fā)〔2016〕71號《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，提出牢固樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放和共享的發(fā)展理念。吉林省為全面貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（中發(fā)〔2016〕6號）和（國辦發(fā)〔2016〕71號）精神，推動我國建筑結(jié)構(gòu)物的建造方式創(chuàng)新，應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)著力發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)，同時大力開發(fā)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，不斷提高裝配式建筑在全省新建建筑中的比例。吉林省在推進裝配式建筑的過程中，把鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)作為重要抓手，初步預(yù)期到2020年，新建裝配式建筑總面積至少達到300萬平方米。力爭用10年時間使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到 30%。鼓勵和引導(dǎo)設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、施工企業(yè)與相關(guān)院校、科研院所廣泛合作，建立產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新機制，全面提升自主創(chuàng)新能力。因此，研究裝配式鋼-混凝土組合梁設(shè)計和施工的關(guān)鍵技術(shù)，對于推進吉林省裝配式鋼結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用是十分有必要的。

1 裝配式建筑的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

鋼-混凝土組合梁以其獨特的材料布置方式，良好的社會經(jīng)濟效益，從 1940年代開始應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)建設(shè)領(lǐng)域，逐步顯示出其廣闊的應(yīng)用范圍。從鋼-混凝土組合梁的出現(xiàn)到大量使用，大致經(jīng)歷了以下三個發(fā)展階段：

第一階段從上個1920年代開始，人們在工業(yè)與民用建筑中，為了增強鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，采取在鋼梁外面包裹混凝土來進行防護，并未考慮兩者的疊合效應(yīng)，之后，人們在1920年代-1930年代逐漸開始在鋼梁和外包混凝土的交界處添加各種不同形式的連接件，以便于外包的混凝土也能夠參與受力，開始形成了真正意義上的組合梁。

第二個階段大約為1940年代-1960年代。人們開始對鋼-混凝土組合梁進行全面細致的研究，逐漸完善了二者之間組合效應(yīng)。鋼-混凝土組合梁的設(shè)計理論逐步從“彈性理論分析”發(fā)展成為“塑性理論分析”。

第三階段大約從1970年代開始，組合梁的理論計算和應(yīng)用推廣得到較大的重視，并逐漸作為一種獨立的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用于土木建筑領(lǐng)域。組合梁的發(fā)展和使用程度幾乎和鋼結(jié)構(gòu)相當，并在個別領(lǐng)域內(nèi)存在取代鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的趨勢。

在組合梁研究方面，國內(nèi)外學(xué)者的主要研究了鋼梁與混凝土頂板交界面的連接方式，即剪力連接件的種類、構(gòu)造和設(shè)計方法研究。針對剪力連接件的構(gòu)造形式[1]，交界面剪切滑移的試驗研究和理論推導(dǎo)[2]，考慮剪力連接程度后組合梁的承載能力預(yù)測與計算[3]，針對常見剪力連接件—栓釘?shù)难芯恐饕校琄uhlmann等[4]指出栓釘?shù)呢Q向布置方式和水平布置方式對組合梁交界面的抗剪性能有較大的影響，當剪力釘水平布置時對組合梁交界面抗剪承載力的貢獻較大，而且交界面抗剪極限承載能力與栓釘至混凝土邊緣的距離有關(guān)。國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對考慮交界面滑移效應(yīng)的組合梁變形及應(yīng)力計算進行了大量研究[5]，其中在組合梁的靜力響應(yīng)研究方面，大部分研究熱點為解析解的推導(dǎo)，或采用大型有限元軟件按照三維建模的思想進行數(shù)值仿真模擬。近期的研究熱點還擴展到了組合梁的動力響應(yīng)和損傷識別領(lǐng)域[6]，隨著組合梁的大量應(yīng)用和推廣，也有學(xué)者開始對加固組合梁的領(lǐng)域有所涉獵[7]。

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)工程均進入了成熟的發(fā)展階段，各種工程的建設(shè)在不同領(lǐng)域均趨向于“輕型化”和“裝配化”，這一趨勢在我國道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域也得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。從這一發(fā)展趨勢上分析，裝配式鋼—混凝土組合梁橋是實現(xiàn)“輕型化”和“裝配化”的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。在西方發(fā)達國家，裝配式組合梁的發(fā)展較早，已經(jīng)獲得了大量的實際使用經(jīng)驗和施工標準，形成了較為完整的裝配化施工、設(shè)計指南[8]。上述成果對我國開展其裝配式組合梁的應(yīng)用和推廣奠定了較為可靠的基礎(chǔ)，但仍需建立適應(yīng)我國國情的施工標準和設(shè)計指南。

2 裝配式組合梁的技術(shù)需求。

隨著我國對綠色裝配式結(jié)構(gòu)的推進，鋼-混凝土組合梁必然將在我國公路及城市交通系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)中的比重越來越大，為了施工標準化，減少施工時間，保證施工質(zhì)量，尤其是跨線橋需要阻斷交通時，裝配式組合梁是最佳選擇，行業(yè)亟需拼裝節(jié)點的可靠設(shè)計及標準化施工方案。圍繞上述現(xiàn)狀，應(yīng)著力推進以下幾個方面的工作：

（1）裝配式組合梁預(yù)制塊件的劃分原則與方法，形成統(tǒng)一的施工標準和設(shè)計指南；

（2）建立裝配式組合梁交界面連接的可靠方式和計算方法；

（3）提供裝配式組合梁橋上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系的設(shè)計理論與施工方法